380V系统中用电设备起动端子压降对电缆选择的影响.pdf

1、 收 稿 日 期 : 2010 - 10 - 18作 者 简 介 : 杨 银 玲 (1971 - ) , 女 , 山 东 阳 谷 人 , 2005年 西 安 科 技 大 学 硕 士 研 究 生 毕 业 , 现 在 中 煤 国 际 工 程 设 计 研 究 总院 选 煤 三 所 从 事 电 气 工 程 设 计 。380V系 统 中 用 电 设 备 起 动 端 子压 降 对 电 缆 选 择 的 影 响杨 银 玲(中 煤 国 际 工 程 设 计 研 究 总 院 (北 京 华 宇 工 程 有 限 公 司 ) , 北 京 100120)摘 要 : 从 一 起 电 机 不 能 正 常 起 动 的 事 故 入

2、 手 , 详 细 叙 述 了 故 障 现 象 , 分 析 了 故 障 发 生 的 原因 。 介 绍 了 电 动 机 起 动 端 电 压 的 计 算 , 由 此 推 导 出 低 压 用 电 设 备 起 动 端 电 压 满 足 起 动 要 求 时 的 配电 电 缆 截 面 与 电 缆 长 度 的 关 系 。关 键 词 : 用 电 设 备 ; 电 缆 截 面 起 动 故 障 ; 电 缆 长 度 ; 电 缆 截 面 ; 起 动 端 电 压 ; 电 缆 选 择中 图 分 类 号 : TD602 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 : 1671 - 0959 (2011) 0120012203内

3、蒙 古 甲 兰 营 集 装 站 工 程 由 于 其 工 业 场 地 的 限 制 , 其 变压 器 室 及 配 电 室 布 置 在 工 业 场 地 的 一 端 , 变 压 器 选 用 S10 -Mb - 1250 /10 10 /014kV型 , 全 厂 四 个 用 电 设 备 一 字 排 列 , 设备 序 号 分 别 为 1、 2、 3、 4, 每 个 系 统 包 括 一 台 22kW , 380V破 碎 机 和 一 些 带 式 输 送 机 等 辅 助 设 备 , 最 远 端 设 备 配 电 回 路的 线 路 长 达 650m 。 在 选 择 电 缆 时 , 根 据 设 备 额 定 电 流 选

4、 出满 足 电 缆 载 流 量 要 求 的 芯 线 截 面 , 并 按 照 热 稳 定 、 经 济 电 流密 度 及 电 压 损 失 进 行 了 校 验 。 但 在 设 备 调 试 时 发 现 有 几 台 破碎 机 不 能 正 常 起 动 。 文 章 对 此 问 题 进 行 了 分 析 和 计 算 , 找 出了 配 电 线 路 的 电 缆 长 度 及 电 缆 芯 截 面 对 电 动 机 起 动 端 电 压 的影 响 , 调 整 了 电 缆 截 面 从 而 使 问 题 得 到 了 解 决 。1 选 择 电 缆 截 面 的 常 规 方 法用 电 设 备 电 缆 选 择 时 , 通 常 是 根 据

5、敷 设 条 件 及 环 境 确定 电 缆 型 号 , 根 据 设 备 额 定 电 流 选 出 满 足 电 缆 载 流 量 要 求的 芯 线 截 面 , 并 按 照 热 稳 定 、 经 济 电 流 密 度 及 电 压 损 失 进行 校 验 。该 工 程 电 缆 全 部 在 电 缆 沟 内 敷 设 , 参 照 电 缆 的 电 气 、物 理 性 能 及 经 济 因 素 和 敷 设 条 件 , 决 定 选 择 铜 芯 聚 氯 乙 烯绝 缘 聚 氯 乙 烯 护 套 电 缆 。111 电 缆 芯 线 截 面 的 选 择该 工 程 中 的 用 电 设 备 (破 碎 机 )所 配 电 动 机 型 号 为 YB

6、2180L - 4, 额 定 功 率 为 22kW , 额 定 电 压 为 380V, 功 率 因 数cos = 0185, 额 定 电 流 为 4311A。 查 工 业 与 民 用 配 电 设 计手 册 (下 文 简 称 手 册 )表 9 - 36, VV - 1kV 4 16mm2聚 氯 乙 烯 电 力 电 缆 载 流 量 为 80A, 选 择 芯 线 截 面 为 16mm2的 电 缆 就 能 满 足 载 流 量 的 要 求 。112 按 热 稳 定 校 验该 工 程 中 电 缆 通 过 的 最 恶 劣 的 散 热 条 件 为 多 于 9根 的 4芯 电 缆 在 电 缆 沟 内 沿 梯 架

7、 多 层 敷 设 , 环 境 温 度 为 30 时 ,根 据 手 册 表 9 - 26, 电 缆 载 流 量 的 校 正 系 数 取 为 0155,满 足 热 稳 定 条 件 的 载 流 量 为 : I = 43110155 = 78136A, VV - 1kV4 16mm2 的 电 缆 可 以 满 足 要 求 。113 按 经 济 电 流 密 度 校 验由 于 该 项 目 处 于 内 蒙 地 区 , 属 于 低 电 价 区 域 , 本 工 程年 最 大 负 荷 利 用 小 时 又 非 常 小 , 按 照 一 班 制 Tmax = 2000h考虑 , 查 手 册 表 9 - 58得 知 , 芯

8、 线 截 面 为 16mm2 的 电 缆经 济 电 流 范 围 为 31 50A, 上 述 截 面 也 满 足 经 济 截 面 的要 求 。114 按 电 压 损 失 校 验根 据 工 业 与 民 用 配 电 设 计 手 册 表 9 - 80, cos =019时 (实 际 电 机 参 数 cos = 0185) , VV - 1kV 4 16mm2 聚氯 乙 烯 电 力 电 缆 用 于 三 相 380V系 统 每 1A km的 电 压 损 失百 分 数 ua = 01528% , 根 据 线 路 的 电 压 损 失 的 计 算 公 式 : u = ua Il (1)式 中 u 线 路 电 压

9、 损 失 百 分 数 , % ; ua 三 相 线 路 每 1A km的 电 压 损 失 百 分 数 ;I 负 荷 电 流 , A;l 线 路 长 度 , km。可 以 计 算 出 各 设 备 的 电 压 损 失 百 分 数 见 表 1。根 据 供 配 电 系 统 设 计 规 范 GB 50052 - 1995, 电 动机 正 常 情 况 下 端 子 电 压 偏 差 允 许 值 为 + 5% - 5% , 少 数远 离 变 电 所 的 情 况 下 端 子 电 压 偏 差 允 许 值 为 + 5% -10% , 鉴 于 本 工 程 设 备 的 布 置 特 点 , 端 子 电 压 偏 差 允 许

10、值取 + 5% - 10%。 从 表 1的 计 算 结 果 可 知 , 设 备 3、 4所选 电 缆 截 面 能 够 满 足 电 压 损 失 要 求 , 但 设 备 1、 2所 选 电 缆截 面 不 能 够 满 足 电 压 损 失 要 求 。21设 计 技 术 煤 炭 工 程 2011年 第 1期 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/分 别 将 设 备 1、 2的 电 缆 截 面 修 正 为 35mm2 和 25mm2 , 按 照 式 (1)计 算 出

11、的 电 压 损 失 百 分 数 见 表 2。表 1 电 压 损 失 表设 备 序 号 电 缆 截 面 /mm2 每 1A km电 压 损 失 电 缆 长 度 /km 额 定 电 压 /kV 额 定 电 流 /kA 电 压 损 失 /%1 16 01512 0165 014 010431 141342 16 01512 015 014 010431 111033 16 01512 013 014 010431 61624 16 01512 0115 014 010431 3131表 2 电 压 损 失 表设 备 序 号 电 缆 截 面 /mm2 每 1A km电 压 损 失 电 缆 长 度 /k

12、m 额 定 电 压 /kV 额 定 电 流 /kA 电 压 损 失 /%1 35 01246 0165 014 010431 61892 25 01333 015 014 010431 71183 16 01512 013 014 010431 61624 16 01512 0115 014 010431 3131设 备 1、 2 的 电 缆 芯 线 截 面 为 分 别 选 择 35mm2 和25mm2 , 可 满 足 电 压 偏 差 允 许 值 取 + 5% - 10%的 电 压 降要 求 。按 照 配 电 设 计 的 常 规 电 缆 选 择 方 法 , 设 备 1、 2的 电 缆芯 线 截

13、 面 为 分 别 选 择 35mm2 和 25mm2 , 设 备 3、 4的 电 缆 芯线 截 面 选 择 16mm2 , 即 可 满 足 载 流 量 、 热 稳 定 、 经 济 电 流密 度 和 电 压 降 等 各 项 要 求 , 也 符 合 供 配 电 系 统 设 计 规 范 要 求 。 但 在 现 场 调 试 设 备 时 发 现 , 设 备 2、 3、 4电 机 依 然不 能 正 常 起 动 。 在 排 除 了 各 种 机 械 故 障 情 况 下 , 认 为 可 能是 由 于 供 电 线 路 较 长 , 起 动 时 电 动 机 端 子 电 压 降 不 能 满 足传 动 机 械 要 求 的

14、 起 动 转 矩 造 成 的 电 动 机 不 能 起 动 。 因 此 在考 虑 机 械 起 动 转 矩 的 情 况 下 对 电 动 机 起 动 时 的 端 电 压 进 行了 详 细 计 算 。首 先 根 据 传 动 机 械 要 求 的 起 动 转 矩 计 算 出 满 足 这 一 要求 的 电 动 机 起 动 端 电 压 相 对 值 , 再 按 所 选 电 缆 截 面 计 算 出各 设 备 的 起 动 端 电 压 , 将 二 者 进 行 比 较 , 如 果 所 选 电 缆 不能 满 足 这 一 要 求 , 则 需 要 调 整 电 缆 截 面 。2 电 动 机 起 动 需 要 满 足 的 基 本

15、条 件起 动 时 电 动 机 端 子 电 压 应 能 保 证 传 动 机 械 要 求 的 起 动转 矩 。 即 :ustM 111M jMstm(2)式 中 ustM 起 动 时 电 动 机 端 子 电 压 相 对 值 , 即 端 子 电 压与 标 称 电 压 的 比 值 ;M j 电 动 机 传 动 机 械 的 静 阻 转 矩 相 对 值 ; 常 用 数据 参 数 见 工 业 与 民 用 配 电 设 计 手 册 表 6- 14;M stm 电 动 机 起 动 转 矩 相 对 值 , 即 起 动 转 矩 与 额 定转 矩 的 比 值 。根 据 手 册 表 6 - 14, 破 碎 机 起 动 静

16、 阻 转 矩 相 对 值M j = 110。 由 电 机 参 数 可 查 YB2 180L - 4电 动 机 起 动 转 矩 相对 值 M stm = 213, 代 人 式 (2) , 得 到 电 动 机 正 常 起 动 的 基 本条 件 :ustM 01692 (3)3 电 动 机 起 动 时 的 端 子 电 压 相 对 值文 章 所 涉 及 的 项 目 中 变 压 器 容 量 为 1250kV A, 用 电设 备 (分 级 筛 )的 电 动 机 额 定 功 率 为 22kW。 可 以 视 为 无 限 大容 量 电 源 系 统 供 电 。 无 限 大 容 量 电 源 系 统 供 电 的 电

17、动 机 起动 时 电 动 机 端 子 电 压 相 对 值 为 :ustM = ustm SstSstM= Skm + QfhSkm + Qfh + SstSstSstM (4)Skm = S rTxT + S rTSk(5)Sst = 11SstM +X1U2m(6)SstM = kstS rM = 3kstU rM IrM = 3 IstU rM (7)X1 = 1813 lS (8)式 中 UstM 起 动 时 电 动 机 端 子 电 压 相 对 值 ;ustm 电 动 机 起 动 时 母 线 电 压 相 对 值 ;Sst 电 动 机 起 动 时 起 动 回 路 的 额 定 输 入 容 量

18、 ,MVA;SstM 电 动 机 额 定 起 动 容 量 , MVA;SkM 母 线 短 路 容 量 , MVA;Qfh 预 接 负 荷 的 无 功 功 率 , Mvar;S rT 供 电 变 压 器 的 额 定 容 量 , MVA;xT 供 电 变 压 器 的 电 抗 相 对 值 , 取 为 阻 抗 电 压 相对 值 ;Sk 供 电 变 压 器 一 次 侧 短 路 容 量 , MVA;kst 电 动 机 额 定 起 动 电 流 倍 数 ;Ist 电 动 机 起 动 电 流 , kA;312011年 第 1期 煤 炭 工 程 设 计 技 术 1994-2013 China Academic J

19、ournal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/U rM 电 动 机 额 定 电 压 , kV;Um 母 线 标 称 电 压 , kV;IrM 电 动 机 额 定 电 流 , kA;X1 导 线 穿 管 或 10kV电 缆 的 线 路 电 抗 , , 取为 0108 l, 长 线 路 计 入 电 阻 因 素 时 铜 芯 线 取(0108 + 611 /S) l, 150mm2 时 可 取 ( 1813 /S) l;S 导 线 或 电 缆 芯 的 截 面 , mm2 ;l 线 路 长 度 , km。根 据 式 (4)

20、(8) , 计 算 出 不 同 长 度 的 回 路 不 同 电 缆截 面 时 , 各 电 动 机 的 起 动 端 电 压 见 表 3。将 表 3的 计 算 结 果 与 电 动 机 起 动 需 要 满 足 的 基 本 条 件进 行 比 较 , 可 以 看 出 , 仅 设 备 4起 动 端 电 压 大 于 01692, 设备 1、 2、 3均 不 能 满 足 起 动 端 电 压 大 于 01692的 条 件 。表 3 电 机 起 动 参 数额 定 电压 U rM/kV额 定 电流 Ist/kA电 动 机 额定 起 动 容量 SstM/MVA电 缆 截面 S/mm2电 缆长 度/ km线 路 阻抗

21、X1/起 动 回 路的 额 定输 入 容 量Sst/MVAS rT xT S k母 线 短路 容 量S km/MVA预 接 负荷 的 无功 功 率Q fh/Mvar电 动 机 起动 时 的 端子 电 压 相对 值 ustM0138 013017 01199 35 0165 01340 01135 1125 01055 50 1516 01641 016760138 013017 01199 25 015 01366 01132 1125 01055 50 1516 01641 016600138 013017 01199 16 013 01343 01135 1125 01055 50 151

22、6 01641 016740138 013017 01199 16 0115 01172 01161 1125 01055 50 1516 01641 018014 电 缆 截 面 的 调 整为 了 求 出 能 够 满 足 这 一 要 求 的 电 缆 截 面 , 将 已 知 的 各参 数 代 入 式 (4) (8) , 得 到 电 动 机 起 动 时 电 动 机 端 子 电 压相 对 值 与 电 缆 长 度 及 电 缆 截 面 的 关 系 :ustN = 1118S11197S + 297167 l (9)将 式 (3)式 代 人 式 (9) , 得 到 满 足 起 动 转 矩 的 电 缆 截

23、 面与 线 路 长 度 的 关 系 式 , 1118S11197S + 297176 l 01692, 即S 581573 l (10)设 备 1 4的 线 路 长 度 分 别 代 人 式 (10) , 得 到 如 表 4第5列 所 示 的 满 足 起 动 转 矩 要 求 临 界 电 缆 截 面 , 根 据 临 界 截 面可 以 很 方 便 地 选 择 合 适 的 电 缆 截 面 。 校 验 后 的 电 缆 截 面 见表 4第 2列 。 表 4第 4列 为 对 应 于 所 选 电 缆 截 面 的 电 动 机 起动 时 的 端 子 电 压 相 对 值 ustM 。 比 照 式 (3) , 可 见

24、 所 得 结 果 都是 满 足 要 求 的 。表 4 电 机 起 动 参 数序 号电 缆 截面 S/mm2电 缆 长度 l/km电 动 机 起 动 时的 端 子 电 压 相对 值 ustM满 足 起 动 转 矩 要求 临 界 电 缆 截 面S /mm21 50 0165 01745 3810722 35 015 01727 2912873 25 013 01759 1715724 16 0115 01799 81786根 据 上 述 的 计 算 结 果 , 更 换 了 设 备 1、 2、 3的 电 缆 ,解 决 了 电 机 不 能 起 动 的 问 题 。5 结 语当 配 电 线 路 不 太 长

25、 (例 如 本 例 中 不 大 于 250m )的 情 况下 , 在 选 择 电 力 电 缆 截 面 时 , 按 输 送 容 量 、 经 济 电 流 密 度 、热 稳 定 、 敷 设 方 式 、 电 压 损 失 校 验 电 缆 截 面 通 常 就 可 以 了 。但 在 电 缆 长 度 较 长 时 , 不 能 忽 视 电 缆 长 度 对 电 动 机 起 动 端电 压 的 影 响 , 必 须 对 电 动 机 的 起 动 端 电 压 进 行 校 验 。参 考 文 献 : 1 任 元 会 . 工 业 与 民 用 配 电 设 计 手 册 (第 三 版 ) M . 北 京 :中 国 电 力 出 版 社 ,

26、 2005. 2 赵 德 贵 . 按 电 压 损 失 校 验 中 低 压 电 缆 的 截 面 J . 供 用 电 ,2009, 26 (5) : 24 26. 3 王 大 刚 , 刘 淞 伯 , 王 志 强 . 电 力 电 缆 截 面 选 择 方 法 的 发 展 与应 用 J . 电 力 设 备 , 2004, 5 (9) : 25. 4 万 健 如 , 林 志 强 , 禹 华 军 . 电 缆 长 度 对 PWM逆 变 器 驱 动 电机 端 电 压 的 影 响 J . 电 力 电 子 技 术 , 2001, 35 (6) : 2629. 5 GB 50052 - 1995, 供 配 电 系 统 设 计 规 范 S. 6 徐 应 麟 . 电 线 电 缆 手 册 (第 2版 ) M . 北 京 : 机 械 工 业出 版 社 , 2008.(责 任 编 辑 赵 巧 芝 )41设 计 技 术 煤 炭 工 程 2011年 第 1期 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/